隧道淺埋段冒頂應急處治技術研究

張羽 孫合朋 李強

中交路橋南方工程有限公司 北京 100000

在山嶺重丘區(qū)隧道施工時，時常會遇到淺埋段，易出現(xiàn)冒頂病害。如何提升冒頂病害處治施工效率、降低病害處治難度、改善處治結構的整體性一直是工程技術研究的重點[1-3]。

依托工程由于地質原因洞內施工多次出現(xiàn)塌方，初期支護侵限等問題，先后采用雙側壁、三臺階+臨時鋼架等施工工藝，仍無法有效控制洞內外塌方及沉降過大等問題[4-7]，現(xiàn)場施工存在以下難題：

（1）在雨季期間，因雨水灌入山體，導致山體自重加大，洞內中中隔墻及初期支護開裂，侵限。

圖2 初期支護開裂

（2）先行導坑右上導圍巖情況好轉，需進行爆破開挖，其他導坑仍處于軟弱圍巖段，未封閉成環(huán)，爆破施工時對其影響較大，導致沉降速率加大。

歷經多次冒頂、坍塌后，山體已成松散、破碎狀態(tài)，山體完整性遭到破壞。出口端洞頂出現(xiàn)大大小小可見裂縫100余條，其中隱藏在草叢無法探查裂縫遍布山體，伴隨塌坑附近產生的縱向裂縫，裂縫寬度平均達到6cm，裂縫走向多數(shù)與隧道行進方向近乎平行。

圖3 山體裂縫

圖4 洞頂塌坑

1 工程技術難題

1.1 隧道淺埋段土體自穩(wěn)性差

依托工程拱頂上覆土層厚度不足隧道拱圈直徑的1倍，且存在一定厚度的松散填充體，存在積水現(xiàn)象。隧道開挖施工時，需采用適宜的技術措施對淺埋段土體進行固化，增強土體結構的整體性。

1.2 冒頂塌方段內部支撐增強

冒頂塌方段的穩(wěn)定性受支撐結構體系、混凝土配合比、現(xiàn)場施工措施、現(xiàn)場施工時間等因素影響顯著[8-9]。同時，內部支撐結構體的穩(wěn)定性與支撐施工時間關系緊密，亟需提升支撐結構體系布設的效率，避免塌方區(qū)域不斷擴大。

1.3 冒頂塌方段臨時穩(wěn)固

在進行冒頂塌方病害處治施工時，亟需采取適宜的工程措施，并將裝配式反壓結構應用于現(xiàn)場施工過程中，在提升施工安全性的同時，提高塌方處治施工的效率，降低施工的難度，保護施工環(huán)境。

2 隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構設計及特點分析

2.1 改善設計

基于依托工程實際情況和現(xiàn)狀研究成果，結合依托工程隧道冒頂塌方區(qū)域的病害處理和結構增強的技術難題，研發(fā)了隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構。

圖5 隧道內塌方裝配式補強穩(wěn)定結構示意圖

借助堆積體加筋管向冒頂堆積體內壓漿，形成堆積注漿體；同時，在冒頂堆積體靠近待開挖土體側設置了吹填支撐體，另一側設置了撐壓塊體和填縫囊袋，并在填縫囊袋內壓灌囊袋注漿體；一側設置了吹填支撐體。

自隧道開挖面向冒頂松散體內引孔插設支撐導管，并通過外部壓漿設備向支撐導管壓漿，形成管周注漿體。

在冒頂松散體與冒頂堆積體之間的空隙引孔插設勁性撐管和管間支撐板，并通過錨固連接筋將勁性撐管與洞頂土體連接牢固。

在冒頂松散體的頂部換填輕質填充體和頂部封蓋層，并在頂部封蓋層的兩側預設排水溝槽；在冒頂松散體頂面向下引孔插設加筋撐樁。

2.2 特點分析

（1）隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構在冒頂堆積體內設置了堆積體加筋管和堆積注漿體，提升了冒頂堆積體的整體性和穩(wěn)定性，并可實現(xiàn)了冒頂堆積體上部冒頂松散體的豎向支撐。

（2）隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構將裝配式工程結構引入現(xiàn)場施工過程中，可借助撐壓塊體、填縫囊袋和吹填支撐體對冒頂堆積體提供側向支撐，避免了冒頂堆積體的進一步變形。

（3）隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構在洞頂土體及冒頂松散體內部設置了支撐導管和管周注漿體、下部設置了勁性撐管和管間支撐板，頂部設置了輕質填充體，改善了冒頂松散體的受力性能，實現(xiàn)了冒頂堆積體的多角度穩(wěn)固。

3 隧道內部冒頂塌方處治施工技術

3.1 隧道內部冒頂塌方處治施工技術要點

隧道內部冒頂塌方處治施工流程圖如下：

圖6 隧道內部冒頂塌方處治施工工藝流程

1）施工準備：勘測確定冒頂松散體和冒頂堆積體的土性參數(shù)，引孔排除冒頂區(qū)域的地下水，制備施工所需的材料和裝置；

2）冒頂堆積體加筋注漿：先采用靜壓方式向冒頂堆積體內插設堆積體加筋管，再向堆積體加筋管壓漿，在冒頂堆積體內形成堆積注漿體；

3）冒頂堆積體雙側支擋：在冒頂堆積體背離開挖掌子面?zhèn)仍O置撐架底板和撐架立板，并在撐架底板上堆砌撐壓塊體，在撐架立板面向冒頂堆積體側設置填縫囊袋，向填縫囊袋內壓漿形成注漿支撐體；在撐壓塊體的頂部設置撐壓控位體；通過囊袋壓漿管向填縫囊袋內壓注囊袋注漿體；通過吹填橫管向冒頂堆積體與待開挖土體的間隙填充吹填支撐體；

4）支撐管棚布設：在隧道內部冒頂塌方段設置大管棚套拱；大管棚套拱采用規(guī)格為I22b工字鋼制作管棚套拱架。在管棚套拱架的工字鋼上預設φ120的導管穿設孔，大管棚套拱的傾斜角度為5°；先在管棚套拱架上焊接φ120鋼管做為管棚套管，并再噴射30cm厚的C25混凝土層；鋼拱架安裝結束后，進行鎖腳注漿小導管安裝，并向注漿小導管注漿固化；

圖7 組合支撐管棚布設結構示意圖

5）沉降觀測體系布設：自冒頂松散體的頂面向下引孔插設測量套筒及測量內桿，并使測量內桿的底端插入冒頂松散體內；在洞頂土體外側的穩(wěn)定土體上設置測量撐墩，并在使測量撐墩的頂端的測量頂板與測量內桿頂端的內桿連板之間設置位移傳感器；

6）冒頂松散體穩(wěn)固：自隧道開挖面向冒頂松散體內引孔插設支撐導管，并通過外部壓漿設備向支撐導管壓漿，形成管周注漿體；在冒頂松散體與冒頂堆積體之間的空隙引孔插設勁性撐管和管間支撐板，并通過錨固連接筋將勁性撐管與洞頂土體連接牢固；

7）冒頂松散體頂部穩(wěn)定：在冒頂松散體的頂部換填輕質填充體和頂部封蓋層，并在頂部封蓋層的兩側預設排水溝槽；在冒頂松散體頂面向下引孔插設加筋撐樁。

8）冒頂堆積體清除：待冒頂松散體和冒頂堆積體穩(wěn)定后，先解除部分撐壓塊體和囊袋注漿體對冒頂堆積體的約束，再采用挖掘設備將冒頂堆積體清除，并同步監(jiān)測上部冒頂松散體的變形。

3.2 隧道內部冒頂塌方處治施工安全保障措施

（1）隧道內部的施工地質情況復雜，已發(fā)生塌方、高處墜落、物體打擊等安全事故，對此，應形成專門的安全預警機制和成立應急救援小組[10]，并明確應急救援小組各成員的責任和分工。

（2）冒頂處治施工時，應先確保噴漿材料形成強度，噴漿厚度不小于10cm，用以固化淺層松散土體，防止發(fā)生淺層滑坡、塌方問題，確保下部作業(yè)人員的安全。

（3）在冒頂土體開挖施工時，設置專門的安全監(jiān)測員，做到邊開挖邊觀測，及時發(fā)現(xiàn)淺層可能發(fā)生的滑塌問題，對預報給下部作業(yè)人員，避免開挖作業(yè)人員承受物體打擊傷害，提升作業(yè)過程中的安全性。

（4）現(xiàn)場作業(yè)人員應按照相關安全施工規(guī)范要求進行施工作業(yè)，必須按規(guī)范要求做好安全防護，嚴禁冒雨作業(yè)和雨后趕工作業(yè)。

（5）錨桿的質量、長度，噴混凝土的質量、厚度，以及鋼架的安裝位置、間距等嚴格按設計施工，施工期間，應加強監(jiān)控量測，如發(fā)現(xiàn)量測數(shù)據(jù)有突變或異變時，應立即采取應急措施。

4 結論

受諸多不確定性因素影響，淺埋段隧道的安全性、穩(wěn)定性與整體性一直是工程施工控制的難點。文章針對工程實際中隧道淺埋段冒頂塌方處治施工的技術難點，進行了有針對性的技術研究，得到了以下結論：

（1）基于工程實際情況和現(xiàn)狀研究成果，提出了隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構，并對隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構的承載性能進行分析研究，降低了淺埋段隧道土體補強加固的效果。

（2）結合隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構的特點，進行施工技術創(chuàng)新，形成了一套較為完善的隧道內塌方土體裝配式補強穩(wěn)定結構施工技術，保證了隧道淺埋段處治施工的質量。